JPH11150281A

JPH11150281A - 光電変換素子の連続製造装置

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Publication number: JPH11150281A
Application number: JP9333757A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Fujioka; 靖藤岡
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-11-19
Filing date: 1997-11-19
Publication date: 1999-06-02
Anticipated expiration: 2017-11-19
Also published as: JP3658165B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】高周波プラズマＣＶＤ法によるアモルファス
シリコン系堆積膜の形式において、高い堆積速度のもと
での微粒子の発生を抑制し、大面積にわたって欠陥が少
なく、高品質なアモルファスシリコン系堆積膜を高い成
膜速度で形成する。【解決手段】少なくとも一つのグロー放電室に、帯状
基体１０１への膜堆積を行う空間１１３以外に、帯状基
体との放電遮蔽手段１１４、帯状基体への膜堆積を行う
空間との仕切板１１５、帯状基体へ膜堆積を行う空間か
らのガスの流入口１１６、ガスゲートからのガスの流入
口１１７、ガスゲートからの流入ガスの加熱手段１１
８、ガス排気口１１９および放電手段を有するグロー放
電空間を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、薄膜太陽電池、ファク
シミリやスキャナーのイメージセンサー、複写機の感光
ドラムなどの、アモルファスシリコン、アモルファスシ
リコンゲルマニウム、アモルファス炭化シリコン、アモ
ルファス窒化シリコン、微結晶シリコンなどの非単結晶
シリコン系薄膜を用いた光電変換素子をプラズマＣＶＤ
法により連続的に製造する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】アモルファスシリコンは、プラズマＣＶ
Ｄ法によって大面積の半導体膜に形成することができ、
結晶シリコンや多結晶シリコンと比較して大面積の半導
体デバイスを比較的容易に形成することができる。その
ため、アモルファスシリコン膜は、大きな面積を必要と
する半導体デバイス、具体的には、太陽電池、複写機の
感光ドラム、ファクシミリのイメージセンサー、液晶デ
ィスプレイ用の薄膜トランジスタなどに多く用いられて
いる。これらの半導体デバイスは、ＬＳＩやＣＣＤなど
の結晶半導体からなるデバイスと比較し、１つのデバイ
スの面積が大きく、例えば、太陽電池の場合、光電変換
効率が１０％ならば、一般家庭の電力を賄う約３ｋＷの
出力を得るには１家庭あたり約３０平方メートルもの面
積が必要とされ、１つの太陽電池素子もかなり大きな面
積になる。アモルファスシリコン膜の形成には、一般に
例えば、ＳｉＨ₄やＳｉ₂Ｈ₆などのＳｉを含有する原料
ガスを高周波放電によって分解してプラズマ状態にし、
該プラズマ中に置かれた基体上に成膜するプラズマＣＶ
Ｄ法によっている。プラズマＣＶＤ法によってアモルフ
ァスシリコン膜を成膜する場合、成膜速度を高めて生産
性を高めるには、例えばＳｉＨ₄やＳｉ₂Ｈ₆などの原料
ガスの流量を増やす、或いは高周波放電電力を高める方
法がある。しかし、いずれの場合にあっても、成膜速度
を高めようとすると、プラズマ中でのＳｉポリマーの微
粒子の発生量が増加するという問題があり、成膜速度を
高める上での障害になっている。成膜中の微粒子の発生
量が増加すると、発生量が極端に多い場合にはＳｉ系ポ
リマーの粉が成膜される膜に付着し、所望のデバイスの
形成が困難になる。また、発生量がそれ程でなくてもア
モルファスシリコンの膜中に微粒子が混入し、成膜され
る膜の特性が低下したり、ピンホールなどの欠陥が発生
したりすることがある。上述したように、アモルファス
シリコン膜は大面積に形成され、デバイス化されること
が多いので、大面積にわたって膜質が均一で、欠陥がな
く形成されることが要求される。特に、太陽電池の場
合、半導体デバイスとしては非常に大面積が必要とされ
るが、アモルファスシリコン膜の膜厚は約５００ｎｍ以
下ときわめて薄く、しかも、ｐｉｎ，ｐｉｎ／ｐｉｎ，
ｐｉｎ／ｐｉｎ／ｐｉｎなどの多層積層構造であるた
め、アモルファスシリコンの膜中に微粒子が混入すると
太陽電池素子に短絡などの欠陥が発生し易くなる。従
来、アモルファスシリコン系半導体デバイスの連続製造
装置として、例えば、米国特許第４，４００，４０９号
明細書などにロール・ツー・ロール（Ｒｏｌｌ−ｔｏ−
Ｒｏｌｌ）方式を採用した連続プラズマＣＶＤ装置が開
示されている。この装置においては、複数のグロー放電
室を設け、それらのグロー放電室は所望の幅の十分に長
い帯状の基体がそれらのグロー放電室を順次貫通する経
路に沿って配置されていて、前記グロー放電室のそれぞ
れにおいて必要とされる導電型の半導体膜を堆積形成し
つつ、前記基体をその長手方向に連続的に搬送させるこ
とによって、半導体接合を有する大面積のデバイスを連
続的に形成することができる。このようにロール・ツー
・ロール方式の連続プラズマＣＶＤ装置を用いれば、製
造装置を止めることなく長時間連続してデバイスを製造
することができるので、高い生産性を得ることができ
る。ところが、当該製造装置を止めずに長時間連続して
堆積膜の形成を行う場合、グロー放電室に微粒子が発生
する条件では、グロー放電室内部に微粒子が蓄積されや
すい。そのため、連続製造時間が長くなるにしたがっ
て、グロー放電室内部に蓄積される微粒子の量が多くな
り、前述のように製造されるデバイスに欠陥が発生しや
すくなるとともに、グロー放電室を排気する真空排気装
置に微粒子の詰まりによる故障が発生しやすくなるとい
う問題がある。また、米国特許第４，５７４，７３３号
明細書には、ロール・ツー・ロール方式の連続プラズマ
ＣＶＤ装置の構造に関して、放電電極の端部近傍に帯状
基体のプラズマ遮蔽板を設け、グロー放電室に前記帯状
基体上への膜堆積を行う空間以外にグロー放電空間を設
けることが開示されている。更に、特開平７−２３１１
０９号公報には、ロール・ツー・ロール方式の連続プラ
ズマＣＶＤ装置の構造に関して、グロー放電室に帯状基
体上への膜堆積を行う空間のガスを排気する排気口以外
に、ガスゲートから流入するガスを排気する排気口を設
けることが開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来のプラズマＣＶＤ
法によるロール・ツー・ロール方式の連続プラズマＣＶ
Ｄ装置においては、長時間連続して成膜を行う場合、連
続成膜時間が長くなるにつれて製造されるデバイスに欠
陥が発生し易くなるという問題がある。この問題の他
に、長時間連続して成膜を行う場合、連続成膜時間が長
くなるにつれて真空排気装置に微粒子の詰りによる故障
が発生し易くなるという問題がある。本発明は、従来技
術における上記問題を解決し、長時間の連続成膜の場合
であっても、真空排気系に微粒子の詰りなどの故障が発
生することなくして、大面積にわたって欠陥が少なく、
高品質のアモルファスシリコン系光電変換素子の連続製
造を可能にするプラズマＣＶＤ法による連続成膜装置を
提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、従来技術にお
ける上述した問題を解決し、上記目的を達成すべく鋭意
研究した結果完成に至ったものである。本発明の光起電
力素子の連続製造装置は、少なくとも帯状基体の送り出
し室と、複数のグロー放電室と、前記帯状基体の巻き取
り室とを、前記帯状基体を移動させる方向に沿って配置
し、かつ前記グロー放電室を原料ガス分離用のガスを導
入するガスゲートを介して接続し、前記グロー放電室を
貫通して連続的に移動する前記帯状基体上に、非単結晶
シリコン系半導体の積層膜からなる光電変換素子を連続
的に製造する装置において、少なくとも一つの前記グロ
ー放電室に、前記帯状基体上への膜堆積を行う空間以外
に、前記帯状基体との放電遮蔽手段、前記帯状基体上へ
の膜堆積を行う空間との仕切板、前記帯状基体上へ膜堆
積を行う空間からのガスの流入口、前記ガスゲートから
のガスの流入口、前記ガスゲートからの流入ガスの加熱
手段、ガス排気口および放電手段を有するグロー放電空
間を設けたことを特徴とするものである。本発明の該連
続製造装置は、また、前記放電手段を前記帯状基体上へ
の膜堆積を行う空間での放電手段と共通とすることを特
徴とするものである。また、前記放電手段を放電電極と
し、前記仕切板を該放電電極の一部によって形成するこ
とを特徴とするものである。

【０００５】

【実施態様例】本発明を以下の実施態様例により説明す
るが、本発明はこれに限定されるものではない。図２
は、発明の光電変換素子のプラズマＣＶＤ法による連続
製造装置の一例の模式的断面図である。図２に示した装
置では、帯状基体を連続的に搬送させながら３つの高周
波プラズマＣＶＤによるグロー放電室を通過させ、前記
基体上に例えば３層の非単結晶シリコン半導体からなる
光電変換素子が連続的に製造される。図２において、長
尺の帯状基体２０１は基体送り出し室２０２でコイル状
に巻かれた状態から送り出し機構により引き出され、グ
ロー放電室２０３，２０４，２０５を順次通過して、巻
き取り機構を備えた基体巻き取り室２０６でコイル状に
巻き取られる。基体送り出し室２０１、各グロー放電室
２０２，２０３，２０４、基体巻き取り室２０５は各々
隣合う室とガスゲート２０７を介して接続されている。
帯状基体２０１を通過させるガスゲート２０７には、そ
れぞれの基体の搬送方向の中央部近傍にゲートガス導入
管１０８が設けられ、Ｈ₂，Ｈｅなどのガスが導入され
ることで、ガスゲート中央から隣合う室（チャンバー）
へのガスの流れが形成され、隣合う室の原料ガスの混入
が防がれ、原料ガスの分離が行われる。図２に示す装置
の各グロー放電室の内部構造に関しては図１にその詳細
を示す。図１は、図２のグロー放電室２０４およびその
近傍を拡大したものである。図１における１０１乃至１
０８は、それぞれ図２の２０１乃至２０８に対応してい
る。図１において、帯状基体１０１は、グロー放電室１
０４に、グロー放電室１０３との間のガスゲート１０７
を介して搬入され、グロー放電室１０５との間のガスゲ
ート１０７を介して搬出される。グロー放電室１０４の
内部には帯状基体１０１上への膜堆積を行う成膜空間１
１３が設けられ、該成膜空間１１３には、ガス導入管１
０９から成膜用の原料ガスが導入され、高周波電源１１
１から高周波電力が放電電極１２２を介して導入され、
それにより該成膜空間１１３でグロー放電が生起され、
ヒーター１１２によって所望の温度に加熱された帯状基
体１０１上に堆積膜が形成される。グロー放電室１０３
には、帯状基体１０１上への膜堆積を行うグロー放電空
間１１３以外に、グロー放電空間１２１が設けられてい
る。ここで、比較のために、従来のグロー放電室構造の
例を図６に示す。図６の６０１乃至６１３は、図１の１
０１乃至１１３に対応している。図６に示す従来のグロ
ー放電室のガス排気側には、以下に述べる本発明におけ
るように、特別に仕切られたグロー放電空間は設けられ
ていない。このような従来のグロー放電室構造におい
て、長時間連続して膜堆積を行った場合、放電空間から
ガスが排気される排気口６１０の近傍に微粒子が最も蓄
積されやすい。この理由は、グロー放電室内で発生した
微粒子がガスの流れによって排気口に集中するためと、
排気口は放電室の端部に設けられることが多く放電が弱
くなりやすい上に、低温のゲートガスが流入して排気口
近傍でプラズマのエネルギーが急激に弱まるためと考え
られる。

【０００６】図１に示す本発明の装置において、グロー
放電空間１２１には、帯状基体１０１との放電遮蔽手段
１１４、放電電極１２２の一部によって形成された仕切
板１１５、帯状基体１０１上への膜堆積を行う成膜空間
１１３からの流入ガスの流入口１１６、ガスゲート１０
７で導入されてグロー放電室１０４に流入するガスの流
入口１１７、ガスゲートからの流入ガスの加熱手段１１
８、ガス排気路１１９（又はガス排気口）、放電電極１
２２と共通の放電電極１２０が設けられている。本発明
の装置において、排気路１１９近傍のグロー放電空間１
２１には、帯状基体１０１上への膜堆積を行う成膜空間
１１３の排気ガス（成膜ガス）が導入されるが、従来と
異なり、ガスゲートからの流入ガスはグロー放電空間に
流入する前に加熱されるとともに、排気路１１９近傍に
設けられた放電電極１２０に高周波電力が印加されるの
で、排気路近傍でプラズマのエネルギーが急激に弱まる
ことがなく、微粒子がグロー放電室の排気路近傍に蓄積
されにくくなる。また、本発明の装置において、グロー
放電空間１２１は、仕切板１１５や遮蔽手段１１４によ
って、排気路１１９近傍を帯状基体１０１上への膜堆積
を行う成膜空間１１３とは仕切られている。そのため、
排気路１１９近傍に成膜空間１１３と異なるグロー放電
状態を形成しても、帯状基体１０１上への膜堆積に影響
を及ぼすことがなく、形成される半導体膜の特性に影響
を及ぼすことがない。さらに本発明の装置において、ガ
スゲートからの流入ガスは、排気路１２１から排気管１
１０に排気される直前に仕切られた空間１２１に導入さ
れ、帯状基体１０１上への膜堆積を行う成膜空間１１３
に拡散することがない。そのため、成膜空間１１３から
の排気ガス（成膜ガス）は、排気される直前にガスゲー
トからの流入ガスによって効果的に希釈され、該成膜排
気ガスに残留するＳｉ含有ラジカルなどのラジカルの気
相反応が抑制されるため、排気口近傍および排気装置ま
での排気管内での微粒子の発生が抑制される。上述した
作用により、本発明では、ロール・ツー・ロール方式の
アモルファスシリコン系薄膜の連続プラズマＣＶＤ装置
において、長時間連続してデバイスを生産したときのグ
ロー放電室内での微粒子の蓄積を、従来と比較して格段
に減少させることができる。

【０００７】以上、図１に基づいて本発明の装置を説明
してきたが、本発明の製造装置のグロー放電室の構造
は、図４、図５に示すような構造であることができる。
図４の４０１乃至４２２および図５の５０１乃至５２２
は、それぞれ図１の１０１乃至１２２に対応して上述し
たように、図１に示した構造の装置においては、グロー
放電空間１２１で、グロー放電空間１１３との仕切板１
１５と、グロー放電空間１２１の放電電極１２０は、帯
状基体１０１上への膜堆積を行う成膜空間１１３での放
電電極１２２と共通である。それに対し、図４に示した
構造の装置においては、グロー放電空間４２１で、帯状
基体４０１上への膜堆積を行うグロー放電成膜空間４１
３との仕切板４１５と、グロー放電空間４２１の放電電
極４２０は、成膜空間４１３での放電電極４２２とはそ
れぞれ別に独立して設けられている。また、図５に示し
た構造の装置においては、グロー放電空間５２１で、帯
状基体５０１上への膜堆積を行うグロー放電成膜空間５
１３での放電電極５２２は、成膜空間５１３との仕切板
５１５とは独立しているが、グロー放電空間５２１の放
電電極５２０とは共通になっている。図４に示したよう
に、グロー放電空間４２１で、グロー放電成膜空間４１
３との仕切板４１５と、グロー放電空間４２１の放電電
極４２０とを、帯状基体４０１上への膜堆積を行うグロ
ー放電成膜空間４１３での放電電極４２２と分けて独立
に設けた場合、帯状基体４０１上への膜堆積を行うため
の放電電極４２２の形状には制限を受けない。また、グ
ロー放電空間４２１の放電電極４２０に印加する高周波
電力も放電電極４２２に印加する高周波電力とは別に設
定することができる。図４に示した構造から、図５に示
した構造、図１に示した構造へと構成部品の共通化を行
うことによって、高周波電源の削減、グロー放電室の構
造の簡素化を実現することができ、従来の構造に比較し
て装置をさほど複雑にすることなく、所望の効果を得る
ことができる。

【０００８】以下に、本発明の光起電力素子連続製造装
置の構成要素について説明する。

【０００９】

【帯状基体との放電遮蔽手段】本発明において、帯状基
体との放電遮蔽手段としては、帯状基体表面をグロー放
電空間から遮蔽するものとして、金属、ガラス、セラミ
ックスなどの板状部材が挙げられる。帯状基体と放電遮
蔽手段との間隔は、帯状基体と放電遮蔽手段との隙間に
放電が入り込むことを防ぎ、またこの隙間からガスゲー
トからの流入ガスが放電空間に流入することを防ぐため
に、帯状基体の移動を妨げない範囲内で狭く設定するこ
とが望ましい。

【００１０】

【帯状基体上への膜堆積を行う成膜空間との仕切板】本
発明において、帯状基体上への膜堆積を行う成膜空間と
の仕切板は、排気路（又は排気口）の近傍のグロー放電
空間を帯状基体上への膜堆積を行う成膜空間と仕切るも
のであるが、該帯状基体は連続的に移動するため、両空
間を帯状基体表面まで完全には仕切ることはできない。
また、前記成膜空間と排気路近傍の前記グロー放電空間
との間には、該成膜空間から排気路近傍の該グロー放電
空間へのガス流入口を設けるため、該ガス流入口が開口
部分になり、該部分においても空間は完全には仕切るこ
とはできない。本発明において、仕切るということは、
排気路近傍のグロー放電空間のガスが実質的に帯状基体
上への膜堆積を行う空間に流れ込まないように隔壁を設
けるということを意味する。本発明において、帯状基体
上への膜堆積を行う成膜空間との仕切板としては、排気
路近傍のグロー放電空間を該成膜空間と仕切るものとし
て、金属、ガラス、セラミックスなどの板状部材が挙げ
られる。該仕切板は、放電電極や、帯状基体との放電遮
蔽手段の一部であってもよく、独立して設けても、他の
構成部品と共通化してもよい。

【００１１】

【帯状基体上への膜堆積を行う成膜空間からのガス流入
路（又はガス流入口）】本発明において、帯状基体上へ
の膜堆積を行う成膜空間からのガス流入路は、排気路
（排気口）近傍のグロー放電空間に該成膜空間からのガ
スを流入させるものとして、該成膜空間との境界に設け
られる。従って、該ガス流入路の開口面積は、帯状基体
上への膜堆積を行う成膜空間に排気路近傍の空間のガス
が混入しないように、該成膜空間からガスが流入するの
には十分大きく、かつ、必要以上に大きくない大きさに
設定される。本発明において、帯状基体上への膜堆積を
行う成膜空間からのガス流入路の形態としては、該成膜
空間との仕切板に設けた開口部（穴やスリット）、図４
に示したような帯状基体との放電遮蔽手段と仕切板との
隙間、図５に示したような仕切板と放電手段との隙間な
どが挙げられる。

【００１２】

【ガスゲートからのガス流入路】本発明において、ガス
ゲートからのガス流入路は、ガスゲートから流入するガ
スを排気路近傍のグロー放電空間へ有効に流入させ、帯
状基体上への膜堆積を行う成膜空間への流入を抑制する
ものとして設けられる。従って、該ガス流入路の開口面
積は、排気路近傍のグロー放電空間にガスゲートからの
ガスが有効に流入するように、ガスゲートからのガスが
流入するのに十分大きく、かつ、排気路近傍のグロー放
電空間から放電が漏れ出さない程度に小さく設定され
る。

【００１３】

【ガスゲートからの流入ガスの加熱手段】本発明におい
て、ガスゲートからの流入ガスの加熱手段は、ガスゲー
トから流入するガスを排気路近傍のグロー放電空間へ流
入させるまでに加熱するために設けられる。従って、ガ
スゲートからの流入ガスの加熱手段は、ガスゲートから
流入するガスを排気路近傍のグロー放電空間へ流入させ
る経路に設けられる。本発明において、ガスゲートから
の流入ガスの加熱手段として、具体的には、ガスゲート
から流入するガスを排気路近傍のグロー放電空間へ流入
させる経路の内部や壁面に設けたシースヒータやハロゲ
ンランプヒータなどが挙げられる。また、本発明におい
て、ガスゲートからの流入ガスの加熱手段の熱源を、グ
ロー放電空間の加熱手段と共通にすることもできる。な
お、高周波グロー放電において放電室壁面や導入ガスを
加熱することによって放電室内壁に微粒子が付着しにく
くなることが知られている（特開平７−２３１１０９号
公報など参照）。ガスゲートからの流入ガスの加熱手段
の熱源を、かかる目的で設けられたヒータや帯状基体を
加熱するヒータと共通にしてもよい。また、グロー放電
空間の壁面はプラズマによってかなりの高温に加熱され
るため、ガスゲートから流入するガスを排気路近傍のグ
ロー放電空間へ流入させる経路を、グロー放電空間の壁
面から熱を受ける位置に配置することで、ガスゲートか
ら流入するガスを加熱するようにしてもよい。本発明に
おいて、ガスゲートからの流入ガスの加熱温度は、望ま
しくは約５０℃以上、より好ましくは約１００℃以上、
最適には約２００℃以上とする。但し、ガスゲートから
の流入ガスを必要以上に加熱するとグロー放電空間から
排気されるガスの温度が高くなりすぎ、排気管や真空排
気装置の真空シール（Ｏリングなど）が熔けるなどの問
題が生じるので、ガスゲートからの流入ガスの加熱温度
は帯状基体の加熱温度以下とすることが望ましい。

【００１４】

【放電手段】本発明において、グロー放電空間の放電手
段としては、グロー放電を発生可能な電磁波の放射手段
として、平板電極、棒状電極、アンテナ、誘導コイル、
誘電体窓などが挙げられる。放電手段に印加する電磁波
電力としては、直流からマイクロ波までの周波数の電力
が挙げられ、放電手段と電源の間には効果的に電力を供
給するためにマッチング回路を設けてもよい。なお、本
発明の装置においては、複数あるグロー放電空間（室）
のうち少なくとも一つのグロー放電空間で、帯状基体上
への膜堆積を行う成膜空間以外に排気路近傍にグロー放
電空間を設ければよく、グロー放電空間の全てがかかる
構造である必要はない。マイクロ波プラズマＣＶＤやＥ
ＣＲプラズマＣＶＤのグロー放電室では、放電室の内圧
を低くしても放電を維持できるため、膜堆積速度が高く
ても低圧で放電させることにより微粒子の発生は少なく
することができる。そのため、マイクロ波プラズマＣＶ
Ｄのグロー放電室と高周波（ＲＦ）プラズマＣＶＤのグ
ロー放電室との組み合わせからなるロール・ツー・ロー
ル方式の装置では、ＲＦプラズマＣＶＤのグロー放電室
にのみ排気路近傍にグロー放電空間を設けるようにして
もよい。ここで、図３に、図１に示した装置の２番目の
グロー放電室をマイクロ波プラズマＣＶＤの放電室に変
更した本発明の装置を示す。図３に示した装置は、マイ
クロ波プラズマＣＶＤのグロー放電室とＲＦプラズマＣ
ＶＤのグロー放電室との組み合わせからなるロール・ツ
ー・ロール方式の装置であるが、ＲＦプラズマＣＶＤの
グロー放電室にのみ排気口近傍にグロー放電空間を設け
るようにしている。なお、図３の３０１乃至３０３は、
図１の１０１乃至１０８に対応している。図３のグロー
放電室３０４において、帯状基体上への成膜空間３０９
にはガス導入管３１０から原料ガスが導入され、放電室
側面に設けられたマイクロ波導入用の誘電体窓３１１を
介して投入されるマイクロ波電力によってグロー放電が
生起される。それにより、ヒータ３１２によって所定の
温度に加熱された帯状基体３０１上に膜の堆積が行われ
る。該成膜空間のガスは放電室の壁面にあけられた排気
口から排気管３１４を通り、不図示の排気装置を介して
排気される。

【００１５】

【ガスゲート】本発明においてガスゲートとは、隣接す
るグロー放電室（放電空間を有する）をスリット状の分
離通路によって接続し、更に該分離通路にたとえば
Ｈ₂，Ａｒ，Ｈｅなどのガスを導入して各グロー放電室
に向かうガスの流れを形成することにより、隣接するチ
ャンバー間で帯状基体を移動させ、原料ガスを分離する
チャンバー間の接続手段をいう。ガスゲートには、少な
くともスリット状の通路と、ガス導入手段が設けられ
る。スリット状の通路の形状としては、望ましくは通路
の幅方向の内寸は帯状基体の幅より若干広い程度に、通
路の高さ方向の内寸は帯状基体の膜堆積を行う表面が該
通路の内壁面に擦れることがない範囲内で極力狭く、約
０．３乃至５ｍｍの範囲に設定される。また、前記通路
の帯状基体の移動方向の内寸（長さ）は該ガスゲートが
接続するチャンバーの圧力差、分離通路の断面内寸、ゲ
ートガスの種類や流量に応じ、所望のガス分離性能が得
られるだけの長さに設定される。スリット状の通路に
は、望ましくは、移動する帯状基体を支持するための支
持ローラーや、帯状基体が磁性体である場合に該通路内
での帯状基体の位置を安定させるための磁石が設けられ
る。ガスゲートに導入するガスは、ガスゲートが接続す
るグロー放電室において堆積膜の主原料になるＳｉやＧ
ｅなどの元素を含有しないガスで、堆積膜の価電子制御
を行うＢ，Ｐなどの不純物元素を含有しないガスである
ことが望ましい。具体的にはＨｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，
Ｘｅなどの不活性ガスやグロー放電室において希釈ガス
としても用いられるＨ₂などのガス、あるいはこれらの
ガスの混合ガスが挙げられる。ガスゲートへのガス導入
位置は、帯状基体の移動方向に対して、望ましくは分離
通路の中央近傍に設けられ、極端に一方のチャンバーに
偏った位置は望ましくない。

【００１６】本発明において使用する帯状基体について
説明する。本発明において使用する帯状基体は、半導体
膜の形成時に必要とされる温度において変形、歪みが少
なく、所望の強度を有し、また、導電性を有するもので
あるのが好ましい。帯状基体の厚さとしては、移動搬送
時に平面形状が維持される強度を発揮する範囲内であれ
ば、コスト、収納ペースなどを考慮して可能な限り薄い
ほうが望ましい。具体的には、好ましくは０．０１ｍｍ
乃至５ｍｍ、より好ましくは０．０２ｍｍ乃至２ｍｍ、
最適には０．０５ｍｍ乃至１ｍｍであることが望まし
い。また、帯状基体の幅寸法については、各成膜室内に
形成されるプラズマの均一性が保たれ、かつ、形成する
光起電力素子のモジュール化に適した大きさであること
が好ましく、具体的に好ましくは５ｃｍ乃至１００ｃ
ｍ、より好ましくは１０ｃｍ乃至８０ｃｍであることが
望ましい。更に、帯状基体の長さについては、特に制限
されることなく、ロール状に巻き取られる程度の長さで
あってもよく、長尺のものを溶接などによって更に長尺
化したものであってもよい。以上のような帯状基体の本
発明の装置への投入は、円筒状のボビンに塑性変形しな
い範囲内の直径でコイル状に巻き付けた形態で行うこと
が望ましい。

【００１７】本発明において使用する帯状基体の構成材
料の具体例としては、ステンレススチール、アルミニウ
ムおよびその合金、鉄およびその合金、銅およびその合
金などの金属の薄板およびその複合体、およびそれらの
表面に異種材質の金属薄膜及び／またはＳｉＯ₂，Ｓｉ₃
Ｎ₄，Ａｌ₂Ｏ₃，ＡｌＮなどの絶縁性薄膜をスパッタ
法、蒸着法、鍍金法などにより表面コーティング処理を
行ったもの、また、ポリイミド、ポリアミド、ポリエチ
レンテレフタレート、エポキシなどの耐熱性樹脂性シー
トまたはこれらとガラスファイバー、カーボンファイバ
ー、ホウ素ファイバー、金属繊維などとの複合体の表面
に金属単体または合金、および透明導電性酸化物（ＴＣ
Ｏ）などを鍍金、蒸着、スパッタ、塗布などの方法で導
電性処理を行ったものが挙げられる。なお、本発明にお
いて使用する帯状基体は、表面に導電性の金属層を有す
るものであってもよい。或いは、基体表面に到達した長
波光の反射率の向上、基体材料と半導体層との相互拡散
の防止・密着性の向上、基体表面の平滑化などの目的で
異種の金属層を半導体層形成側表面に有するものであっ
てもよい。当該金属層を光反射層として設ける場合、そ
うした金属層としてはＡｇ，Ａｌ，Ｃｕ，ＡｌＳｉなど
の可視光から近赤外で反射率の高い金属が適している。
また、これらの金属層の上には、金属層からの半導体層
への金属の拡散の防止、光反射率の向上などの目的で更
に透明導電層を設けてもよい。このような透明導電層と
してはＺｎＯ₂，ＳｎＯ₂，Ｉｎ₂Ｏ₃，ＩＴＯなどの透明
導電性酸化物が好適なものとして挙げられる。帯状基体
の表面性としては、いわゆる平滑面であっても、微小の
凹凸面であってもよい。微小の凹凸面とする場合、その
表面粗さは、形成される半導体層に凹凸に起因する欠陥
を生じず、且ついわゆる光の閉じ込め効果によって入射
光の光路長の増大をもたらす範囲内であることが好まし
い。

【００１８】本発明において使用する代表的な成膜用原
料ガスについて説明する。本発明の装置のグロー放電室
に導入される成膜用の原料ガスとしては、少なくともシ
リコン原子を含有するガス状のまたは容易にガス化し得
る化合物、ゲルマニウム原子を含有するガス状のまたは
容易にガス化し得る化合物、炭素原子を含有するガス状
のまたは容易にガス化し得る化合物、およびこれらの混
合物などが代表的なものとして挙げられる。前記シリコ
ン原子を含有する化合物は、鎖状または環状シラン化合
物を包含する。具体的には例えば、ＳｉＨ₄，Ｓｉ
₂Ｈ₆，ＳｉＦ₄，ＳｉＦＨ₃，ＳｉＦ₂Ｈ₂，ＳｉＦ₃Ｈ，
Ｓｉ₃Ｈ₈，ＳｉＤ₄，ＳｉＨＤ₃，ＳｉＨ₂Ｄ₂，ＳｉＨ₃
Ｄ，ＳｉＦＤ₃，ＳｉＦ₂Ｄ₂，Ｓｉ₂Ｄ₃Ｈ₃，（Ｓｉ
Ｆ₂）₅，（ＳｉＦ₂）₆，（ＳｉＦ₂）₄，Ｓｉ₂Ｆ₆，Ｓｉ
₃Ｆ₈，Ｓｉ₂Ｈ₂Ｆ₄，Ｓｉ₂Ｈ₃Ｆ₃，ＳｉＣｌ₄，（Ｓｉ
Ｃｌ₂）₅，ＳｉＢｒ₄，（ＳｉＢｒ₂）₅，Ｓｉ₂Ｃｌ₆，
ＳｉＨＣｌ₃，ＳｉＨ₂Ｂｒ₂，ＳｉＨ₂Ｃｌ₂，Ｓｉ₂Ｃｌ
₃Ｆ₃などのガス状のまたは容易にガス化し得るものが挙
げられる。なお、ここで、Ｄは重水素を表す。上記ゲル
マニウム原子を含有する化合物としては、ＧｅＨ₄，Ｇ
ｅＤ₄，ＧｅＦ₄，ＧｅＦＨ₃，ＧｅＦ₂Ｈ₂，ＧｅＦ₃Ｈ，
ＧｅＨＤ₃，ＧｅＨ₂Ｄ₂，ＧｅＨ₃Ｄ，Ｇｅ₂Ｈ₆，Ｇｅ₂
Ｄ₆などが挙げられる。上記炭素原子を含有する化合物
としては、ＣＨ₄，ＣＤ₄，Ｃ_nＨ_2n+2（ｎは整数），Ｃ_n
Ｈ_2n（ｎは整数），Ｃ₂Ｈ₂，Ｃ₆Ｈ₆，ＣＯ₂，ＣＯなど
が挙げられる。また、形成する半導体膜をｐ型またはｎ
型に価電子制御するために該膜中に導入される価電子制
御剤としては周期率表第ＩＩＩ族原子（以下、単にＩＩ
Ｉ族原子という）および第Ｖ族原子（以下、単にＶ族原
子という）が挙げられる。ＩＩＩ族原子導入用の原料と
して有効に使用されるものとしては、具体的にはホウ素
原子導入用としては、Ｂ₂Ｈ₆，Ｂ₄Ｈ₁₀，Ｂ₅Ｈ₉，Ｂ₅Ｈ
₁₁，Ｂ₆Ｈ₁₀，Ｂ₆Ｈ₁₂，Ｂ₆Ｈ₁₄などの水素化ホウ素、
ＢＦ₃，ＢＣＩ₃などのハロゲン化ホウ素などを挙げるこ
とができる。この他、ＡｌＣｌ₃，ＧａＣｌ₃，ＩｎＣｌ
₃，ＴｌＣｌ₃なども使用することができる。これらの
中、特にＢ₂Ｈ₆およびＢＦ₃が適している。Ｖ族原子導
入用の原料として有効に使用されるのは、具体的には燐
原子導入用としてはＰＨ₃，Ｐ₂Ｈ₄などの水素化燐、Ｐ
Ｈ₄Ｉ，ＰＦ₃，ＰＦ₅，ＰＣｌ₃，ＰＣｌ₅，ＰＢｒ₃，Ｐ
Ｂｒ₅，ＰＩ₃などのハロゲン化燐が挙げられる。この
他、ＡｓＨ₃，ＡｓＦ₃，ＡｓＣｌ₃，ＡｓＢｒ₃，ＡｓＦ
₅，ＳｂＨ₃，ＳｂＦ₃，ＳｂＦ₅，ＳｂＣｌ₃，ＳｂＣ
ｌ₅，ＢｉＨ₃，ＢｉＣｌ₃，ＢｉＢｒ₃なども使用するこ
とができる。これらの中、特にＰＨ₃およびＰＦ₃が適し
ている。成膜用原料ガスとしての上述した化合物は、Ｈ
₂，Ｈｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｘｅ，Ｋｒなどのガスで適宜希
釈して用いてもよい。

【００１９】

【実施例】本発明を以下に示す実施例により更に説明す
るが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定される
ものではない。

【００２０】

【実施例１】本実施例では、図１および図２に示した構
成の連続製造装置を用いて、ステンレス基体上に３層の
非単結晶シリコン膜からなるｎｉｐ構造の太陽電池を製
造した。図２に示した装置において、先ず、長さ５００
ｍ、幅３５６ｍｍ、厚さ０．１５ｍｍのステンレス基体
２０１（ＳＵＳ４３０−ＢＡ）を、基体送り出し室２０
２のコイル状に巻かれたボビンからガスゲート２０７を
介してグロー放電室２０３，２０４，２０５を通し、基
体巻き取り室２０６のボビンにコイル状に巻き取られる
ようにセットし、不図示の張力印加機構により弛みなく
張られるようにした。ついで、室２０２乃至２０７内を
各室の排気手段により１Ｐａ以下に一度真空排気した。
引き続き排気を行いながら、図１に示す各グロー放電室
の不図示のガス供給手段に接続されたガス導入管１０９
からＨｅガスを１００ｓｃｃｍの流量各グロー放電室に
導入し、排気管１１０の不図示の排気弁の開度を調整す
ることで各グロー放電室の内圧を１００Ｐａに維持し
た。この状態で巻き取り室２０６のボビンに接続された
不図示の基体搬送機構により、帯状基体が毎分１２００
ｍｍの移動速度で連続的に移動するようにした。次い
で、各グロー放電室に設けた基体加熱ヒータ１１２およ
び不図示の基体温度モニターにより、各グロー放電室内
で移動する帯状基体１０１が所定の温度になるように加
熱制御した。各グロー放電室内で基体１０１が均一に加
熱されたところで、引き続き加熱しつつ、Ｈｅガスの導
入を停止し、ガス導入管１０９へのガスをＳｉＨ₄を含
む原料ガスに切り替えた。また、各ガスゲート１０７に
は、不図示のガス供給手段に接続されたゲートガス導入
管１０８から原料ガス分離用のガスとしてＨ₂ガスを１
０００ｓｃｃｍの流量で導入した。次に、各グロー放電
室の放電電極１２２（１２０）に高周波電源１１１から
高周波電力を供給し、各グロー放電室にグロー放電を発
生させ、原料ガスをプラズマ分解して、連続的に移動す
る帯状基体１０１（２０１）上に非単結晶シリコン膜の
積層膜を堆積させた。また、各グロー放電室の排気口１
１９の近傍に設けたグロー放電空間には帯状基体への成
膜空間１１３からのガスと、ガスゲート１０７から流入
したガスをヒータ１１８で表１に示す温度に加熱したガ
スを流入させ、放電電極１２２と共通の放電電極１２０
からの高周波電力の供給によって、グロー放電を発生さ
せた。放電電極は帯状基体上への膜堆積を行う成膜空間
用の１２２と排気路近傍のグロー放電空間用１２０とで
共通であるが、各空間に面する面積比率は、各空間の体
積比率と等しく、（成膜空間）：（排気路近傍のグロー
放電空間）＝１０：１であった。表１に各グロー放電室
における堆積膜形成条件を示す。以上のようにして、膜
堆積を帯状基体の長さ４００ｍにわたって連続的に行っ
た後、各グロー放電室への放電電力の供給、原料ガスの
導入、帯状基体とゲートガスの加熱とを停止し、各室内
を十分にパージし、帯状基体と装置内部を十分冷却した
後、装置を大気開放し、巻き取り室のボビンに巻かれた
帯状基体を取り出した。ついで、取り出した帯状基体を
連続モジュール化装置によって連続的に加工し、本発明
の装置で形成した半導体積層膜の上に、透明電極として
全面に６０ｎｍのＩＴＯ薄膜を形成し、集電電極として
一定間隔に細線状のＡｇ電極を形成し、３５ｃｍ角のｎ
ｉｐ構造のシングル型太陽電池モジュールを連続的に作
製した。得られた太陽電池モジュールについて、ＡＭ
１．５（１００ｍＷ／ｃｍ²）の擬似太陽光照射下にて
特性評価を行った。その結果、膜中に微粒子が混入して
発生した欠陥による特性不良（ショート）の発生率が、
帯状基体の最初の１００ｍ部分の平均で約２％であり、
最後の１００ｍ部分の平均で約３％であった。これによ
り、長時間連続して製造しても微粒子による特性不良の
発生率はほとんど変化しないことが判った。なお、この
場合、欠陥の全くない素子の開放電圧を１００％とした
比較で、ショート個所での短絡電流による開放電圧の低
下が１０％以上あった場合を、ショートによる特性不良
の発生と認定した（例えば、欠陥の全くない素子の開放
電圧が１．００Ｖの場合、ショートによる短絡電流で開
放電圧が０．９０Ｖ以下になったものを特性不良とし
た）。また、連続して膜堆積を行ったグロー放電室の内
部にはほとんど微粒子の蓄積は認められなかった。一
方、図１のグロー放電室を図６に示した従来の構造のも
のに変更した以外は上述したのと同様にして作製した太
陽電池モジュールにおいては、膜中に微粒子が混入して
発生した欠陥による特性不良（ショート）の発生率が、
帯状基体の最初の１００ｍ部分の平均では約３％であっ
たのに、最後の１００ｍ部分の平均では約１５％にな
り、長時間連続して製造することで微粒子による特性不
良の発生率が急激に増加していた。また、連続して膜堆
積を行ったグロー放電室の内部には、グロー放電室内部
の排気口近傍と排気管内に微粒子が多量に蓄積してい
た。

【００２１】

【実施例２】グロー放電室の構造を、図４に示したよう
に変更し、排気路近傍に設けたグロー放電空間の仕切板
と放電電極とを帯状基体への膜堆積を行う成膜空間の放
電電極とは独立させた以外は実施例１と同様にして、帯
状基体上に連続して４００ｍの長さに、３５ｃｍ角のｎ
ｉｐ構造のシングル型太陽電池モジュールを連続的に作
製した。なお、排気路近傍に設けたグロー放電空間の放
電電極４２０には、帯状基体上への膜堆積を行う成膜空
間の放電電極の１／１０の電力を投入した。放電周波数
は同じにした。得られた太陽電池モジュールについて、
実施例１と同様に、ＡＭ１．５（１００ｍＷ／ｃｍ²）
の擬似太陽光照射下にて特性評価を行った。その結果、
膜中に微粒子が混入して発生した欠陥による特性不良
（ショート）の発生率が、帯状基体の最初の１００ｍ部
分の平均で約２％であり、最後の１００ｍ部分の平均で
約２％であった。これにより、長時間連続して製造して
も微粒子による特性不良の発生率は変化しないことが判
った。また、連続して膜堆積を行ったグロー放電室の内
部にはほとんど微粒子の蓄積は認められなかった。

【００２２】

【実施例３】グロー放電室の構造を、図５に示したよう
に変更し、排気路近傍に設けたグロー放電空間の仕切板
を帯状基体への膜堆積を行う成膜空間の放電電極とは独
立させた以外は、実施例１と同様にして、帯状基体上に
連続して４００ｍの長さに、３５ｃｍ角のｎｉｐ構造の
シングル型太陽電池モジュールを連続的に作製した。得
られた太陽電池モジュールについて、実施例１と同様
に、ＡＭ１．５（１００ｍＷ／ｃｍ²）の擬似太陽光照
射下にて特性評価を行った。その結果、膜中に微粒子が
混入して発生した欠陥による特性不良（ショート）の発
生率が、帯状基体の最初の１００ｍ部分の平均で約３％
であり、最後の１００ｍ部分の平均で約３％であった。
これにより、長時間連続して製造しても微粒子による特
性不良の発生率は変化しないことが判った。また、連続
して膜堆積を行ったグロー放電室の内部にはほとんど微
粒子の蓄積は認められなかった。

【００２３】

【実施例４】グロー放電室の構造を、図２から図３に示
したように変更し、第２層目のグロー放電室をマイクロ
波プラズマＣＶＤ放電室とし、排気路近傍に帯状基体へ
の膜堆積を行う成膜空間とは別にグロー放電空間を設け
なかった以外は実施例１と同様にして、帯状基体上に連
続して４００ｍの長さに、３５ｃｍ角のｎｉｐ構造のシ
ングル型太陽電池モジュールを連続的に作製した。表２
に各グロー放電室における堆積膜形成条件を示す。得ら
れた太陽電池モジュールについて、実施例１と同様に、
ＡＭ１．５（１００ｍＷ／ｃｍ²）の擬似太陽光照射下
にて特性評価を行った。その結果、膜中に微粒子が混入
して発生した欠陥による特性不良（ショート）の発生率
が、帯状基体の最初の１００ｍ部分の平均で約３％であ
り、最後の１００ｍ部分の平均で約３％であった。これ
により、長時間連続して製造しても微粒子による特性不
良の発生率は変化しないことが判った。また、連続して
膜堆積を行ったグロー放電室の内部にはほとんど微粒子
の蓄積は認められなかった。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【表２】

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
従来のプラズマＣＶＤ法によるロール・ツー・ロール方
式のアモルファスシリコン系薄膜の連続プラズマＣＶＤ
装置において、長時間連続してデバイスを生産したとき
に、連続製造時間が長くなるにしたがって製造されるデ
バイスに欠陥が発生しやすくなるという問題を克服し
て、大面積にわたって欠陥が少なく、高品質のアモルフ
ァスシリコン系光電変換素子を長時間連続して製造する
ことができる。また、本発明によれば、従来のプラズマ
ＣＶＤ法によるロール・ツー・ロール方式のアモルファ
スシリコン系薄膜の連続プラズマＣＶＤ装置において、
長時間連続してデバイスを製造したときに、連続製造時
間が長くなるにしたがって真空排気装置に微粒子の詰り
による故障が発生しやすくなるという問題を克服して、
アモルファスシリコン系光電変換素子を装置の故障なく
長時間連続して製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光電変換素子の連続製造装置のグロー
放電室の構成の一例を示す模式的断面図である。

【図２】本発明の光電変換素子の連続製造装置の構成の
一例を示す模式的断面図である。

【図３】本発明の光電変換素子の連続製造装置の他の構
成の一例を示す模式的断面図である。

【図４】本発明の光電変換素子の連続製造装置のグロー
放電室の、図１とは別の構成の一例を示す模式的断面図
である。

【図５】本発明の光電変換素子の連続製造装置のグロー
放電室の、図１、図４とは別の構成の一例を示す模式的
断面図である。

【図６】従来の光電変換素子の連続製造装置のグロー放
電室の、構成の一例を示す模式的断面図である。

【符号の説明】

１０１，２０１，３０１，４０１，５０１，６０１帯
状基体２０２，３０２基体送り出し室１０３，２０３，３０３，４０３，５０３，６０３，１
０４，２０４，３０４，４０４，５０４，６０４，１０
５，２０５，３０５，４０５，５０５，６０５グロー放
電室２０６，３０６基体巻き取り室１０７，２０７，３０７，４０７，５０７，６０７ガ
スゲート１０８，２０８，３０８，４０８，５０８，６０８ゲ
ートガス導入管１０９，４０９，５０９，６０９原料ガス導入管１１０，４１０，５１０，６１０排気管１１１，４１１，５１１，６１１高周波電源１１２，３１２，４１２，５１２，６１２基体加熱ヒ
ータ１１３，４１３，５１３，６１３帯状基体上への成膜
空間１１４，４１４，５１４帯状基体との放電遮蔽手段１１５，４１５，５１５帯状基体上への成膜空間との
仕切板４１６，５１６帯状基体上への成膜空間からのガスの
流入口４１７，５１７ガスゲートからのガスの流入口４１８，５１８ガスゲートからのガスの加熱手段４１９，５１９ガス排気口４２０，５２０放電手段４２１，５２１グロー放電空間４２２，５２２帯状基体上への成膜空間の放電手段３０９グロー放電空間３１０原料ガス導入管３１１マイクロ波電力導入用誘電体窓３１３排気口を設けた放電室壁３１４排気管

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも帯状基体の送り出し室と、複
数のグロー放電室と、前記帯状基体の巻き取り室とを、
前記帯状基体を移動させる方向に沿って配置し、かつ前
記グロー放電室を原料ガス分離用のガスを導入するガス
ゲートを介して接続し、前記グロー放電室を貫通して連
続的に移動する前記帯状基体上に、非単結晶シリコン系
半導体の積層膜からなる光電変換素子を連続的に製造す
る装置において、少なくとも一つの前記グロー放電室
に、前記帯状基体上への膜堆積を行う空間以外に、前記
帯状基体との放電遮蔽手段、前記帯状基体上への膜堆積
を行う空間との仕切板、前記帯状基体上へ膜堆積を行う
空間からのガスの流入口、前記ガスゲートからのガスの
流入口、前記ガスゲートからの流入ガスの加熱手段、ガ
ス排気口および放電手段を有するグロー放電空間を設け
たことを特徴とする光電変換素子の連続製造装置。
【請求項２】前記放電手段が前記帯状基体上への膜堆
積を行う空間での放電手段と共通であることを特徴とす
る請求項１に記載の光電変換素子の連続製造装置。
【請求項３】前記放電手段が放電電極であり、前記仕
切板が該放電電極の一部によって形成されていることを
特徴とする請求項１または２に記載の光電変換素子の連
続製造装置。